Betriebliche Maßnahmen zur Reduktion der Klimawirkung des Luftverkehrs - Ein Vergleich

Kurzfassung

Die ökologische Nachhaltigkeit des Luftverkehrs wird vor allem durch die Betriebsphase getrieben, in welcher die Emissionen verschiedener Spezies wie CO2, Stickoxiden und Ruß entlang von Flugtrajektorien die Strahlungsbilanz der Erde beeinflusst und somit zur Veränderung des Klimas beiträgt. Dabei sind insbesondere Nicht-CO2-Effekte, welche nicht nur von der Menge des verbrauchten Kraftstoffs, sondern auch von Missionscharakteristika wie Emissionsort, -zeit und meteorologischen Randbedingungen abhängen, für einen Großteil des Effekts verantwortlich. Um den Beitrag des Luftverkehrs zum menschengemachten Klimawandel im Kontext ambitionierter Klimaziele zu reduzieren, werden verschiedene Mitigationsansätze untersucht. Neben technologischen Innovationen sind auch betriebliche Maßnahmen vielversprechend, da diese unmittelbar implementiert werden können und keine langen Entwicklungszeiten benötigen. Darüber hinaus sind betriebliche Maßnahmen besonders geeignet, um die regional, zeitlich und meteorologisch variierende Klimasensitivität von NichtCO2-Effekten zu adressieren. Um besonders effektive oder effiziente Maßnahmen zur Klimawirkungsminderung zu identifizieren, ist ein Vergleich dieser betrieblichen Maßnahmen notwendig, was bisher aufgrund unterschiedlicher Randbedingungen einzelner Studien zur Maßnahmenbewertung in der Literatur nicht möglich war. Im Rahmen dieser Arbeit wird dafür eine detaillierte Simulationskette zur Bewertung von betrieblichen Innovationen im Luftverkehr entwickelt. Diese setzt sich aus Modellen für die Flugtrajektoriensimulation, die Emissionsrechnung, die Klimabewertung sowie die Analyse der Auswirkungen auf die Interessensgruppen zusammen. Die Methode dieser Arbeit geht dabei über den aktuellen Stand der Forschung hinaus, indem die Vergleichbarkeit von Maßnahmen in einer identischen Simulationsumgebung sichergestellt wird und durch verschiedene Submodule unterschiedliche Randbedingungen berücksichtigt werden können. Die Bewertungskette wird durch eine Skalierungsmethodik komplettiert, mit welcher Studienerkenntnisse zu betrieblichen Klimawirkungsminderungsmaßnahmen des Luftverkehrs ohne Detailbewertung anhand einfacher Kennzahlen ebenfalls dem Vergleich zugeführt werden. Eine umfassende Verifikation und Validierung der Modellkette sowie der Skalierungsmethode erfolgt über externe Daten und Modelle sowie anhand der Literatur. Die Anwendung der entwickelten Modellkette sowie der Vergleichsmethodik demonstriert den Einsatz zu Bewertung und Vergleich verschiedener betrieblicher Maßnahmen zur Minderung der Klimawirkung des Luftverkehrs. Zum Beispiel wird so das Konzept des klimaoptimierten Mehrstufenbetriebs entwickelt, bei welchem Zwischenlandeflughafen und Flughöhe auf Basis der Klimawirkung ausgewählt werden. Ein Vergleich verschiedener Maßnahmen zur Klimawirkungsminderung zeigt die Abhängigkeit des Maßnahmenvergleichs von den Charakteristika der Referenzmission, wie lateraler Ausdehnung, Missionsdistanz, Flugzeugtyp und meteorologischer Situation, sodass keine der untersuchten Maßnahmen für alle betrachteten Missionen vorteilhaft gegenüber den übrigen Maßnahmen ist. Allerdings erweist sich die Reduktion von Flughöhe und Fluggeschwindigkeit im Vergleich zu den übrigen betrachteten Maßnahmen lateraler Routenverschiebung, Mehrstufenbetrieb und Formationsflug im Mittel als besonders geeignet. Für weitere Forschung können die Mitigationspotentiale auf europäischer oder globaler Skala in Szenarien zur Bestimmung der Mitigationspotentiale des Luftverkehrs über die Zeit berücksichtigt werden. Darüber hinaus kann auf dieser Basis die Untersuchung der Effektivität von umweltpolitischen Maßnahmen durchgeführt werden. Die Interpretation der Ergebnisse muss allerdings stets im Kontext der Unsicherheiten der Modelle insbesondere hinsichtlich der Klimawirkungsquantifizierung von Nicht-CO2-Effekten erfolgen.